井架及底座是石油钻井的重要设备,为了了解其结构特点及受力状况,有限元分析及试验研究都是非常必要的。然而在井架及底座原型上进行各种试验研究会受到诸多因素的限制,尤其是在新产品的开发和研制过程中,更是难以实现。因此制作大比例相似模型并对其在室内开展各种性能的试验显然是一种既经济又卓有成效的方法,同时丰富和完善了相关的计算分析和试验研究。本论文首先概述了结构模型试验的发展、分类、方法步骤以及模型相似理论。并且根据模型相似理论,以4000m级前开口井架及弹弓式底座为参考,提出了4000m钻机井架及底座1:8比例的相似模型方案,同时具体给出了其技术参数及结构特点等重要信息。试验研究中应用了基于无线局域网的结构应力无线测试系统(STS-WiFi)。试验内容包括井架模型承载静、动态应力试验、井架模型起下放动态试验、底座模型起下放动态试验,通过试验掌握了井架及底座模型承载工况和起下放工况的受力状况。应用ANSYS有限元分析软件建立了井架及底座大比例相似模型的有限元计算模型,并针对以上三个试验进行计算机模拟。三种工况下均对井架及底座模型进行组合分析,通过有限元模拟计算全面了解杆件受力状况,为产品设计提供帮助。最后将试验测试数据与有限元计算结果进行定性、定量的综合分析,得到4000m钻机井架及底座模型在承载工况与起下放工况下的整体评价。